比热容

单位

比热容的单位是复合单位

在国际单位制中能量功热量的主单位统一为焦耳温度的主单位是开尔文因此比热容的国际单位为J/(kg·K)读作焦[耳]每千克开[尔文]内的字可以省略

常用单位J/(kg·℃J/(g·℃kJ/(kg·℃cal/(kg·℃kcal/(kg·℃等注意摄氏度和开尔文仅在温标表示上有所区别在表示温差的量值意义上等价因此这些单位中的℃和K可以任意互相替换例如焦每千克摄氏度和焦每千克开是等价的

比热容表示物体吸热或散热能力的物理量

应用

水的比热容较大在工农业生产和日常生活中有广泛的应用这个应用主要考虑两个方面第一是一定质量的水吸收或放出很多的热而自身的温度却变化不大有利于调节气候第二是一定质量的水升高或降低一定温度吸热或放热很多有利于用水作冷却剂或取暖

调节气候

水的比热容较大对于气候的变化有显著的影响在同样受热或冷却的情况下水的温度变化小一些水的这个特征对气候影响很大白天沿海地区比内陆地区温升慢夜晚沿海温度降低少为此一天中沿海地区温度变化小内陆温度变化大一年之中夏季内陆比沿海炎热冬季内陆比沿海寒冷当环境温度变化较快的时候水的温度变化相对较慢生物体内水的比例很高有助于调节生物体自身的温度以免温度变化太快对生物体造成严重损害海陆风的形成原因与之类似

1对气温的影响

据新华社消息三峡水库蓄水后这个世界上最大的人工湖将成为一个天然空调使山城重庆的气候冬暖夏凉据估计夏天气温可能会因此下降5℃冬天气温可能会上升3到4℃

2热岛效应的缓解

晴朗无风的夏日海岛上的地面气温高于周围海上气温并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流这是海洋热岛效应的表现水的比热容是沙石的4倍多质量相同的水和沙石要使它们上升同样的温度水会吸收更多的热量如果吸收或放出的热量相同水的温度变化比沙石小得多夏天阳光照在海上尽管海水吸收了许多热量但是由于它的比热容较大所以海水的温度变化并不大海边的气温变化也不会很大而在沙漠由于沙石的比热容较小吸收同样的热量温度会上升很多所以沙漠的昼夜温差很大海岸昼夜温差变化比沙漠中小适于居住2010~2013年以来由于城市人口集中工业发达交通拥塞大气污染严重且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成在温度的空间分布上 城市犹如一个温暖的岛屿从而形成城市热岛效应在缓解热岛效应方面专家测算一个中型城市环城绿化带树苗长成浓荫后绿化带常年涵养水源相当于一座容积为1.14×10m^{3的中型水库由于水的比热容大能使城区夏季高温下降1℃以上有效缓解日益严重的热岛效应}

水库的建立水的增加而水的比热容大在同样受冷受热时温度变化较小从而使夏天的温度不会升得比过去高冬天的温度不会下降的比过去低使温度保持相对稳定从而水库成为一个巨大的天然空调

冷却或取暖

1水冷系统的应用

人们很早就开始用水来冷却发热的机器在电脑CPU散热中可以利用散热片与CPU核心接触使CPU产生的热量通过热传导的方式传输到散热片上然后利用风扇将散发到空气中的热量带走但水的比热容远远大于空气因此可以用水代替空气作为散热介质通过水泵将内能增加的水带走组成水冷系统这样CPU产生的热量传输到水中后水的温度不会明显上升散热性能优于上述直接利用空气和风扇的系统

热机例如汽车的发动机发电厂的发电机等的冷却系统也用和水做为冷却液也是利用了水的比热容大这一特性

2农业生产上的应用

水稻是喜温作物在每年三四月份育苗的时候为了防止霜冻农民普遍采用浅水勤灌的方法即傍晚在秧田里灌一些水过夜第二天太阳升起的时候再把秧田中的水放掉根据水的比热容大的特性在夜晚降温时使秧苗的温度变化不大对秧苗起了保温作用

3热水取暖

冬季供热用的散热器暖水袋我国北方楼房中的暖气用水作为介质把燃料燃烧时产生的热量带到房屋中取暖

4其他

诸如在炎热的夏天古代皇室用流水从屋顶上流下起了防暑降温作用夏威夷是太平洋深处的一个岛那里气候宜人是旅游度假的圣地除了景色诱人之外还有一个主要原因就是冬暖夏凉

其它信息参见词条定压比热容定容比热容

学科定义

一定质量的一物质在温度升高时所吸收的热量与该物质的质量和升高的温度乘积之比称做这种物质的比热容(比热)用符号c表示其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文[J /(kg·K) ]或焦耳每千克摄氏度[J /(kg·℃)]J是指焦耳K是指热力学温标即令1千克的物质的温度上升或下降1开尔文所需的能量根据此定理便可得出以下公式

Q=cmΔT

Q为吸收或放出的热量m是物体的质量ΔT是吸热放热后温度所上升下降值初中的教材里把ΔT写成Δt其实这是不规范的我们生活中常用℃作为温度的单位很少用K而且ΔT=Δt因此中学阶段都用Δt但国际上或者更高等的科学领域还是使用ΔT

物质的比热容与所进行的过程有关在工程应用上常用的有定压比热容Cp定容比热容Cv和饱和状态比热容三种

定压比热容Cp是单位质量的物质在压力不变的条件下温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量

定容比热容Cv是单位质量的物质在容积体积不变的条件下温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的能量

饱和状态比热容是单位质量的物质在某饱和状态时温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量

计算

设有一质量为m的物体在某一过程中吸收或放出热量ΔQ时温度升高或降低ΔT则ΔQ/ΔT称为物体在此过程中的热容量简称热容用C表示即C=ΔQ/ΔT用热容除以质量即得比热容c=C/m=ΔQ/mΔT对于微小过程的热容和比热容分别有C=dQ/dTc=1/m*dQ/dT因此在物体温度由T1变化到T2的有限过程中吸收或放出的热量Q=∫T2,T1CdT=m∫T2,T1cdT

一般情况下热容与比热容均为温度的函数但在温度变化范围不太大时可近似地看为常量于是有Q=C(T2-T1=mc(T2-T1如令温度改变量ΔT=T2-T1则有Q=cmΔT这是中学中用比热容来计算热量的基本公式

在英文中比热容被称为Specific Heat Capacity(SHC

用比热容计算热能的公式为能量=质量×比热×温度变化

可简写为Energy=SHC×Mass×Temp Ch

与比热相关的热量计算公式Q=cmΔT 即Q吸放=cm(T初-T末 其中c为比热m为质量Q为能量热量吸热时为Q=cmΔT升用实际升高温度减物体初温放热时为Q=cmΔT降用实际初温减降后温度或者Q=cmΔT=cm(T末-T初Q>0时为吸热Q<0时为放热

比热容的计算公式一般为

c比热容Q热量m物体质量t2物体末温度t1物体初温度

这是用来计算物体温度升高时的公式若物体降低时则是用物体的初温度减去末温度即

物质

单位质量的某种物质温度降低1度放出的热量与它温度升高一度吸收的热量相等数值上也等于它的比热容

物质	化学符号	模型	相态	比热容量基本 J/(kg·℃	比热容量25℃J/(kg·K)
氢	H	2	气	14000	14300
氦	He	1	气	5190	5193.2
氨	NH3	4	气	2055	2050
氖	Ne	1	气	1030	1030.1
锂	Li	1	固	3580	3582
乙醇	C2H5OH	9	液	2460	2440
汽油	混	混	液	2200	2220
石蜡	CnH2n+2	62至122	固	2200	2500
甲烷	CH4	5	气	2160	2156
油	混	混	液	2000	2000
软木塞	混	混	固	2000	2000
乙烷	C2H6	8	气	1730	1729
尼龙	混	混	固	1700	1720
乙炔	C2H2	4	气	1500	1511
聚苯乙烯	CH2	3	固	1300	1300
硫化氢	H2S	3	气	1100	1105
氮	N	2	气	1040	1042
空气室温	混	混	气	1030	1012
空气海平面干燥0℃	混	混	气	1005	1035
氧	O	2	气	920	918
二氧化碳	CO2	3	气	840	839
一氧化碳	CO	2	气	1040	1042
铝	Al	1	固	900	897
石绵	混	混	固	840	847
陶瓷	混	混	固	840	837
氟	F	2	气	820	823.9
砖	混	混	固	750	750
石墨	C	1	固	720	710
四氟甲烷	CF4	5	气	660	659.1
二氧化硫	SO2	3	气	600	620
玻璃	混	混	固	600	840
氯	Cl2	2	气	520	520
钻石	C	1	固	502	509.1
钢	混	混	固	450	450
铁	Fe	1	固	450	444
黄铜	Cu,Zn	混	固	380	377
铜	Cu	1	固	385	386
银	Ag	1	固	235	233
汞	Hg	1	液	139	140
铂	Pt	1	固	135	135
金	Au	1	固	129	126
铅	Pb	1	固	125	128
水蒸气水	H2O	3	气	1850	1850
水	H2O	3	液	4200	4186
冰水	H2O	3	固	2100	2050 (-10℃

理论上说常见液体和固体物质中水的比热容最大

对上表中数值的解释

⑴比热此表中单位为 kj/(kg·℃/ j/(kg·℃两单位为千进制1kJ/(kg·℃/=1×10?J/(kg·℃

⑵水的比热较大金属的比热更小一些

⑶c铝>c钢>c铁>c铅 (c铅

补充说明

⒈不同的物质有不同的比热容比热容是物质的一种特性因此可以用比热的不同来粗略地鉴别不同的物质注意有部分物质比热相当接近

⒉同一物质的比热一般不随质量形状的变化而变化如一杯水与一桶水它们的比热相同

⒊对同一物质比热值与物态有关同一物质在同一状态下的比热是一定的忽略温度对比热的影响但在不同的状态时比热是不相同的例如水的比热与冰的比热不同

⒋在温度改变时比热容也有很小的变化但一般情况下可以忽略比热容表中所给的比热数值是这些物质在常温下的平均值

⒌气体的比热容和气体的热膨胀有密切关系在体积恒定与压强恒定时不同故有定容比热容和定压比热容两个概念但对固体和液体二者差别很小一般就不再加以区分

常见气体的比热容

单位kJ/(kg·K

Cp Cv

氧气0.9090.649

氢气14.059.934

水蒸气1.8421.381

氮气1.0380.741

液态水数据

在实验过程中液态水的定压比热容经常会被用来计算吸收或放出的热量水作为最常见的物质它的比热数据较易获得当实验要求精度不高时可近似认为常压下水的定压比热为4.2kJ/KG.K,

下面给出在不同压力不同温度下的液态水的定压比热容Cp的数据 单位KJ/KG.K

压力 x10 5 Pa	温度摄氏度
	0	20	50	100	150	200	250	300	350
1	4.217	4.182	4.181
5	4.215	4.181	4.180	4.215	4.310
10	4.212	4.179	4.179	4.214	4.308
50	4.191	4.166	4.170	4.205	4.296	4.477	4.855	3.299
100	4.165	4.151	4.158	4.194	4.281	4.450	4.791	5.703	4.042
150	4.141	4.137	4.148	4.183	4.266	4.425	4.735	5.495	8.863
200	4.117	4.123	4.137	4.173	4.252	4.402	4.685	5.332	8.103
250	4.095	4.109	4.127	4.163	4.239	4.379	4.639	5.201	7.017
300	4.073	4.097	4.117	4.153	4.226	4.358	4.598	5.091	6.451

历史

最初是在18世纪苏格兰的物理学家兼化学家J.布莱克发现质量相同的不同物质上升到相同温度所需的热量不同而提出了比热容的概念几乎任何物质皆可测量比热容如化学元素化合物合金溶液以及复合材料

历史上曾以水的比热来定义热量将1克水升高1度所需的热量定义为1卡路里

混合物

加权平均计算

c=ΣC/ΣM=(m1c1+m2c2+m3c3+…/(m1+m2+m3+…

气体

定义

Cp 定压比热容压强不变温度随体积改变时的热容Cp=dH/dTH为焓

Cv 定容比热容体积不变温度随压强改变时的热容Cv=dU/dTU为内能

则当气体温度为T压强为P时提供热量dQ时气体的比热容

Cp*m*dT=Cv*m*dT+PdV

其中dT为温度改变量dV为体积改变量

理想气体的比热容

对于有f 个自由度的气体的定容比热容和摩尔比热容是

Cv,m=R*f/2

Cv=Rs*f/2

R=8.314J/(mol·K)

迈耶公式Cp=Cv+R

比热容比γ=Cp/Cv

多方比热容Cn=Cv-R/(n-1=Cv*γ-n)/1-n)

对于固体和液体均可以用比定压热容Cp来测量其比热容即C=Cp 用定义的方法测量 C=dQ/mdT

Dulong-Petit 规律

金属比热容有一个简单的规律即在一定温度范围内所有金属都有一固定的摩尔热容

Cp≈25J/(mol·K)

所以

cp=25*1000/M

其中M为摩尔质量比热容单位J/(kg·K

注当温度远低于200K时 关系不再成立因为对于T趋于0C也将趋于0